【應(yīng)用案例】光伏發(fā)電技術(shù)在地下污水廠的應(yīng)用

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

    污水處理作為能耗型行業(yè)，電能消耗是主要的能源消耗，其成本占其總成本的40％以上。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國城鎮(zhèn)污水處理年電耗已突破100億kW·h，其能耗量約占到社會總能耗量的2％。隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)步伐的加快，新增的污水量需要新建或改擴建污水處理廠，同時規(guī)劃等部門對污水處理廠工程節(jié)約土地資源提出了更高的要求。在“生*治污”理念的指導(dǎo)下，在土地資源相對緊缺的城鎮(zhèn)地區(qū)發(fā)展地下污水處理廠，成為城鎮(zhèn)新建污水處理設(shè)施發(fā)展的目標。但是地下污水處理廠對通風(fēng)、照明等要求較高，照明及通風(fēng)設(shè)備折算到單位處理水量的能耗較高。經(jīng)實際工程測算，此部分能耗約占到地下污水處理廠總電耗的7％一10％，且該部分負荷在地下污水處理廠中需要系數(shù)遠高于常規(guī)污水處理廠。所以在地下污水處理廠的工程設(shè)計中，如何降低地下式污水處理廠相對常規(guī)污水處理廠額外增加的運營成本，成為工程設(shè)計中一個須考慮的課題。

一、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計

1工程概況

    本工程根據(jù)規(guī)劃批復(fù)采用地下式污水處理廠建設(shè)方案，近期規(guī)模7．5萬m³／d，遠期規(guī)模15萬m³／d，工程占地約68．8畝。規(guī)劃對本項目地上景觀的要求較高，但實際可利用的地上空間有限。項目地上景觀效果如圖1所示。

   結(jié)合總圖布置及景觀要求，確定利用地上綜合樓屋頂進行光伏發(fā)電系統(tǒng)綜合設(shè)計，光伏組件按照20串、4并連接方式進行方陣布局安裝。方陣結(jié)合總圖布置及景觀要求，確定利用地上綜合樓屋頂進行光伏發(fā)電系統(tǒng)綜合設(shè)計，光伏組件按照20串、4并連接方式進行方陣布局安裝。方陣由架臺固定安裝后，平鋪固定在南向屋頂上。方陣的方位角為0°(朝向正南)，傾斜角為20°，其東西長度為33．19m，南北寬度為3．76m，總建筑面積約為125㎡。

2并網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計

      本工程中，有公共電網(wǎng)的正常情況下，在晴朗的白天由光伏方陣產(chǎn)生電能，然后經(jīng)過并網(wǎng)發(fā)電用功率調(diào)節(jié)器控制，輸出給光伏能系統(tǒng)與電網(wǎng)并網(wǎng)點的用電負荷——污水廠地下空間照明。本工程中因地下空間照明負荷消耗的功率一般情況下大于電池方陣的發(fā)電功率，所以此時照明設(shè)備所消耗的功率雖然由電池方陣和電網(wǎng)同時提供，但優(yōu)先使用光伏電池方陣所產(chǎn)生的電能。在特殊情況下，如污水處理廠地下空間照明采用特殊場景組合方式，在某些特定場景下，光伏電池方陣的發(fā)電功率大于照明設(shè)備消耗功率，則將剩余電量上送到公共電網(wǎng)，然后通過電網(wǎng)給電網(wǎng)上的其他用電負荷設(shè)備供電。

      地下污水處理廠按照二級負荷設(shè)計，且對包括地下空間照明負荷在內(nèi)的重要負荷已考慮備用電源，因此本工程的太陽能系統(tǒng)一般不會出現(xiàn)“孤島效應(yīng)”。但為預(yù)防意外，采用過／欠壓、過／欠頻保護方案：如果并網(wǎng)逆變器輸出功率(有功功率、無功功率)與負載需求功率不匹配，電壓或頻率將產(chǎn)生偏移，一旦超出正常范圍，此時可以利用系統(tǒng)軟硬件所規(guī)定的電網(wǎng)電壓的過(欠)電壓保護設(shè)置點及過(欠)頻率保護設(shè)置點來進行檢測，將逆變器并網(wǎng)開關(guān)跳閘，逆變器就將停止運行，從而防止孤島的產(chǎn)生。

3計算機數(shù)據(jù)采集裝置

      為直觀地展示光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行，凸顯清潔能源的有利用，項目設(shè)計了光伏發(fā)電系統(tǒng)的計算機數(shù)據(jù)采集裝置。裝置通過RS485接口連接功率調(diào)節(jié)器，并將所采集的數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的處理，形成圖形顯示界面和數(shù)據(jù)表格形式，并計算統(tǒng)計每天、每月、每年的各種參數(shù)數(shù)據(jù)的分項數(shù)據(jù)和匯總數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)曲線圖表的形式進行存儲。

二、安科瑞分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)

1概述

     AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺通過監(jiān)測光伏站點的逆變器設(shè)備，氣象設(shè)備以及攝像頭設(shè)備、幫助用戶管理分散在各地的光伏站點。主要功能包括：站點監(jiān)測，逆變器監(jiān)測，發(fā)電統(tǒng)計，逆變器一次圖，操作日志，告警信息，環(huán)境監(jiān)測，設(shè)備檔案，運維管理，角色管理。用戶可通過WEB端以及APP端訪問平臺，及時掌握光伏發(fā)電效率和發(fā)電收益。

2應(yīng)用場所

    目前我國的兩種分布式應(yīng)用場景分別是：廣大農(nóng)村屋頂?shù)膽粲霉夥凸ど虡I(yè)企業(yè)屋頂光伏，這兩類分布式光伏電站今年都發(fā)展迅速。

3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    在光伏變電站安裝逆變器、以及多功能電力計量儀表，通過網(wǎng)關(guān)將采集的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，并將數(shù)據(jù)進行集中存儲管理。用戶可以通過PC訪問平臺，及時獲取分布式光伏電站的運行情況以及各逆變器運行狀況。平臺整體結(jié)構(gòu)如圖所示。

4系統(tǒng)功能

    AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺軟件采用B/S架構(gòu)，任何具備權(quán)限的用戶都可以通過WEB瀏覽器根據(jù)權(quán)限范圍監(jiān)視分布在區(qū)域內(nèi)各建筑的光伏電站的運行狀態(tài)（如電站地理分布、電站信息、逆變器狀態(tài)、發(fā)電功率曲線、是否并網(wǎng)、當(dāng)前發(fā)電量、總發(fā)電量等信息）。

（1）光伏發(fā)電綜合看板

●顯示所有光伏電站的數(shù)量，裝機容量，實時發(fā)電功率。

●累計日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●累計社會效益。

●柱狀圖展示月發(fā)電量

（2）電站狀態(tài)

●電站狀態(tài)展示當(dāng)前光伏電站發(fā)電功率，補貼電價，峰值功率等基本參數(shù)。

●統(tǒng)計當(dāng)前光伏電站的日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

●攝像頭實時監(jiān)測現(xiàn)場環(huán)境，并且接入輻照度、溫濕度、風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)。

●顯示當(dāng)前光伏電站逆變器接入數(shù)量及基本參數(shù)。

（3）逆變器狀態(tài)

●逆變器基本參數(shù)顯示。

●日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益顯示。

●通過曲線圖顯示逆變器功率、環(huán)境輻照度曲線。

●直流側(cè)電壓電流查詢。

●交流電壓、電流、有功功率、頻率、功率因數(shù)查詢。

（4）電站發(fā)電統(tǒng)計

●展示所選電站的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計報表。

（5）逆變器發(fā)電統(tǒng)計

●展示所選逆變器的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計報表

（6）配電圖

●實時展示逆變器交、直流側(cè)的數(shù)據(jù)。

●展示當(dāng)前逆變器接入組件數(shù)量。

●展示當(dāng)前輻照度、溫濕度、風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)。

●展示逆變器型號及廠商。

（7）逆變器曲線分析

●展示交、直流側(cè)電壓、功率、輻照度、溫度曲線。

（8）事件記錄

●操作日志：用戶登錄情況查詢。

●短信日志：查詢短信推送時間、內(nèi)容、發(fā)送結(jié)果、回復(fù)等。

●平臺運行日志：查看儀表、網(wǎng)關(guān)離線狀況。

●報警信息：將報警分進行分級處理，記錄報警內(nèi)容，發(fā)生時間以及確認狀態(tài)。

（9）運行環(huán)境

●視頻監(jiān)控：通過安裝在現(xiàn)場的視頻攝像頭，可以實時監(jiān)視光伏站運行情況。對于有硬件條件的攝像頭，還支持錄像回放以及云臺控制功能。

作者介紹

未曉妃，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為微電網(wǎng)能效管理和環(huán)保安全用電。